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文档简介

仿树蜂压电步进式直线驱动器设计与实验研究随着科学技术的发展,微纳驱动装置在航空航天、医疗器械、军工等领域具有越来越广泛的应用。步进式压电驱动器作为微纳精密驱动装置的主要研究方向具有非常广阔的研究前景与重要的研究价值。目前国内外关于步进式压电驱动器的研究主要包括:超声驱动器、尺蠖型压电驱动器、冲击惯性压电驱动器等。常见的步进式压电驱动器一般使用压电叠堆作为装置的动力单元,存在结构较为复杂、成本较高、控制系统复杂等不足,因此本文结合国内外关于压电驱动器的研究现状与树蜂产卵器的工作原理,分析一些典型的压电驱动装置的优势与不足,提出一种以压电振子作为驱动单元的压电驱动器,具有结构简单,成本低廉,控制简单且易于微型化与集成化的特点。本文的树蜂驱动器以压电振子作为整个驱动器的动力单元,以安装在压电振子两端的变摩擦支撑腿作为压电振子的振动位移的转换单元。当压电振子在正弦信号的驱动下发生周期振动时带动支撑腿在导轨平面上滑动,通过变摩擦系数支撑腿的作用,使得驱动器在两端产生大小不等的摩擦力而驱动树蜂驱动器的运动。本文研究主要包括以下内容:1、分析国内外压电驱动器研究现状。阐述了目前国内外在压电驱动器(超声压电驱动器、尺蠖型压电驱动器、冲击惯性型压电驱动器)上研究的主要方法与一些典型的设计原理和结构,并讨论了一些常见的驱动器的驱动性能及其影响因素与不足,并结合本文所使用的仿生机理提出变摩擦力的压电步进式直线驱动器。2、树蜂驱动器设计基础的介绍。介绍了本文所使用的压电陶瓷的压电效应、基本参数及其本构方程;同时对本文所使用的压电振子进行结构设计的理论分析与有限元仿真并分别绘制了压电陶瓷的尺寸、振动基板的尺寸参数对压电振子的等效刚度、等效输出力的影响;分析了树蜂驱动器的动力单元(压电振子)的动态性能及其影响因素。3、树蜂驱动器可行性与结构设计分析。利用有限元软件对本文所提出的设计方案进行了可行性分析,对树蜂驱动器所使用的支撑腿材料(树脂),进行了等效杨式模量的测量;对一些实验用材料进行了摩擦系数的标定;同时概述了树蜂驱动器的制作方法。4、树蜂驱动器运动机理与动力学模型分析。结合树蜂驱动器的基本结构对其在运动过程中的振动形态进行分析并揭示了树蜂驱动器发生直线运动的基本机理;结合树蜂驱动器的基本机理与设计结构对驱动进行动力学建模并提出驱动器能实现运动的边界条件,同时对其数学模型的二阶非线性方程进行了简化分析并计算出简化后的动力学方程的位移的稳态解。5、实验探究树蜂驱动器的运动特性及其主要影响因素。描述了驱动器平均速度测试的基本方法;同时通过实验探究了结构与设计参数对驱动平均速度的影响,包括:支撑腿纵向负载、支撑腿高度、电压峰峰值、压电振子

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